面向硬切削的切削區(qū)域溫度場(chǎng)解析建模及實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、硬切削加工過(guò)程中,切削溫度及分布是影響刀具使用壽命和加工質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一,其中切削區(qū)域溫度及分布的精確測(cè)量與預(yù)測(cè)一直是切削加工機(jī)理研究的熱點(diǎn)和難題,主要問(wèn)題是現(xiàn)有的溫度測(cè)量方法很難實(shí)現(xiàn)對(duì)切削區(qū)域溫度分布的原位(在接近切削作用區(qū)域)測(cè)量,其溫度測(cè)量結(jié)果的時(shí)間和空間分辨率難以滿足要求,因此切削區(qū)域溫度預(yù)測(cè)模型的有效性和準(zhǔn)確性難以得到驗(yàn)證。
　　論文針對(duì)上述難題,在深入分析切削加工過(guò)程中材料塑性變形區(qū)復(fù)雜熱力耦合效應(yīng)的基礎(chǔ)上,考慮了第

2、二變形區(qū)切屑材料滯留區(qū)的影響,提出了前刀面上切屑沿刀具與切屑作用面間非線性流動(dòng)的數(shù)學(xué)模型,并修正了Komanduri和Hou模型中關(guān)于前刀面和后刀面之間的絕熱假設(shè),提出了一個(gè)正交切削條件下的切削溫度分布解析模型,該模型可用于預(yù)測(cè)切削作用區(qū)域的熱、力參數(shù)。
　　在切削溫度測(cè)量方法上,論文采用無(wú)縫嵌入到PCBN刀具中的微尺度薄膜熱電偶傳感器陣列(Micro-scaleThinFilmThermocouples,TFTCs),實(shí)現(xiàn)了刀具

3、切削區(qū)域溫度分布的原位獲取與準(zhǔn)確測(cè)量。在同等切削條件下,通過(guò)硬車削實(shí)驗(yàn)中獲得的切削溫度、切削力、以及切屑厚度等數(shù)據(jù),驗(yàn)證了所建立的解析模型的預(yù)測(cè)精度,驗(yàn)證結(jié)果表明,解析模型的預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)之間表現(xiàn)出了較高的預(yù)測(cè)精度。
　　論文根據(jù)所提出的解析模型和硬車削條件下所進(jìn)行的切削實(shí)驗(yàn)結(jié)果,對(duì)切削區(qū)域的熱力耦合行為及一些尚未澄清的機(jī)理問(wèn)題進(jìn)行了分析與探討?；谒岢龅慕馕瞿Ｐ偷念A(yù)測(cè)結(jié)果,分析了硬車削加工條件下切削區(qū)域的切削溫度、應(yīng)力分布

4、、切屑流動(dòng)速度之間的穩(wěn)態(tài)熱力耦合行為,研究結(jié)果表明,隨著切削速度的變化,切削區(qū)域的熱源位置與熱釋放強(qiáng)度分布、熱傳導(dǎo)過(guò)程中的熱分配比例關(guān)系等是影響刀具切削區(qū)域溫度分布狀態(tài)及其變化趨勢(shì)的重要原因。
　　另外,基于硬切削實(shí)驗(yàn)中獲得的溫度數(shù)據(jù)、切削力和振動(dòng)信號(hào),對(duì)硬車削加工中切屑形成區(qū)域的動(dòng)態(tài)熱力耦合行為進(jìn)行了分析,研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)主剪切區(qū)域所發(fā)生的絕熱剪切過(guò)程,導(dǎo)致的工件材料周期性的裂紋萌生與擴(kuò)展,會(huì)引起切屑形成區(qū)域的材料流動(dòng)應(yīng)力及切削溫度